Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sóng đến trích ly flavonoid từ rau đắng đất Glinus oppositifolius

TÓM TẮT:

Nghiên cứu này nhằm xác định điều kiện quá trình trích ly flavonoid tổng từ rau đắng đất bằng phương pháp trích ly có hỗ trợ của vi sóng. Điều kiện trích ly bao gồm 3 yếu tố được khảo sát: tỉ lệ nguyên liệu/dung môi (NL/DM), công suất vi sóng (W) và thời gian xử lý vi sóng (giây), các yếu tố khác được cố định dựa trên kết quả của các khảo sát trước đó. Hàm mục tiêu là hàm lượng flavonoid tổng (TFC, mg Quercetin/g chất khô). Kết quả cho thấy hàm lượng TFC thu được cao nhất (81.21 mg Quercetin/g chất khô) tại công suất 450 W, thời gian 40 giây. Khả năng bắt gốc tự do DPPH của mẫu dịch chiết (IC50) là 190.30 μg/mL.

Từ khóa: DPPH, flavonoid, rau đắng đất, vi sóng.

1. Đặt vấn đề

Rau đắng đất (Glinus oppositifolius) phân bố rộng rãi ở vùng nhiệt đới, cây ưa sáng, thường mọc trên đất pha cát ở các ruộng hoang, các hố nông cạn nước về mùa khô, ven đường đi,... Chúng được sử dụng từ lâu trong dân gian cũng như trong y học phương Đông để điều trị đau khớp, viêm, tiêu chảy, ký sinh trùng đường ruột, sốt rét [1] do khả năng kháng khuẩn, chống viêm, hoạt động chống oxy hóa gây độc tế bào, giảm cholesterol trong máu và các lợi ích tích cực khác cho sức khỏe. Nhóm tác giả Nazia Hoque đã chỉ ra rằng, chiết xuất methanol của lá rau đắng có hoạt tính chống oxy hóa và hoạt động hạ đường huyết [2]. Các hợp chất chủ yếu của rau đắng đất là flavonoid, saponin, triteroennoids,… Flavonoid là một hợp chất quan trọng tạo nên các hoạt tính sinh học chính trong rau đắng đất [3]. Theo Juliana Janet R. và cộng sự, rau đắng đất có hàm lượng flavonoid tổng là (86.47 ± 4.24 mg rutin/g chất khô) và khả năng bắt gốc tự do DPPH là (IC50 = 0.267 ± 0.0006 mg/ml) [4]. Flavonoid là môt nhóm hợp chất có hoạt tính chống oxy hóa mạnh nhưng chúng tương đối nhạy cảm với nhiệt độ và dễ bị oxy hóa ở nhiệt độ cao trong thời gian dài [5]. Do đó, các phương pháp chiết xuất phổ biến như chiết nóng và chiết siêu âm bằng gia nhiệt có thể không hiệu quả. Ngày nay, phương pháp chiết xuất có hỗ trợ vi sóng (MAE) cho thấy nhiều ưu điểm vì thời gian chiết là ngắn, các hợp chất hoạt động mạnh hơn có thể được bảo quản và lượng dung môi sử dụng thấp hơn so với các phương pháp truyền thống [6]. Ngoài ra, phương pháp này cũng có khả năng thích ứng không chỉ ở phòng thí nghiệm, mà còn ở quy mô công nghiệp, do đó mang lại hiệu quả cao. Vì vậy, bài báo này thực hiện nghiên cứu quá trích ly flavonoid tổng từ rau đắng đất ở Việt Nam có hỗ trợ vi sóng, đồng thời xác định khả năng kháng oxy hóa bằng phương pháp DPPH của dịch chiết thu được.

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Vật liệu

Rau đắng đất (Glinus Oppositifolius) dạng tươi, màu xanh lục được thu hái tại phường 12, thành phố Vũng Tàu. Sau khi thu về, rau được rửa sạch, để ráo nước, sấy khô ở 60oC xay nhỏ, bảo quản trong túi PA tránh ánh sáng, sử dụng cho toàn bộ thí nghiệm.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly flavonoid có hỗ trợ vi sóng

Thí nghiệm này thực hiện khảo sát 3 yếu tố gồm: tỉ lệ nguyên liệu/dung môi, công suất vi sóng và thời gian vi sóng. Tiến hành khảo sát lần lượt các yếu tố trong bằng cách thay đổi từng yếu tố và giữ các biến khác ở 1 giá trị cố định. Tỉ lệ nguyên liệu dung môi được khảo sát ở các mức 1/10, 1/20, 1/30, 1/40, 1/50, 1/60 w/v (với công suất cố định 700 W, thời gian 1 phút), công suất vi sóng được khảo sát ở các mức 150W, 300W, 450W, 600W, 750W (thời gian vi sóng cố định 60 giây) và thời gian vi sóng được khảo sát  ở các mức 20 giây, 40 giây, 60 giây, 80 giây, 100 giây. Mỗi thí nghiệm được tiến hành lặp lại 3 lần và lấy kết quả trung bình. Kết quả sẽ được kiểm tra với Phân tích phương sai (ANOVA) để xác nhận tính hợp lệ.

2.2.2. Phương pháp xác định hàm lượng flavonoid tổng

Tổng hàm lượng flavonoid (TFC) của dịch trích rau đắng đất được đo theo các quy trình được mô tả bởi nhóm Zhishen J. [7]. Nồng độ flavonoid trong dịch trích từ rau đắng đất được đo bằng phương pháp lên màu với nhôm chorua. Chất chuẩn là quercetin được pha ở các nồng độ khác nhau. Cho 1ml dịch trích vào bình định mức 10ml chứa 4ml nước cất, thêm 0.3ml NaNO2 4%, sau 5 phút thêm 0.3ml dung dịch AlCl3 10%, sau 5 phút nữa thêm 2ml NaOH (1M) vào và định mức đến vạch bằng nước cất. Dung dịch được ủ trong tối 10 phút và đo độ hấp thụ ở bước sóng 510 nm. Nồng độ của flavonoid tổng trong dịch trích rau đắng đất được tính dựa trên phương trình đường chuẩn và được biểu thị dưới dạng miligam Quercetin tương đương (mg QE/g).

2.2.3. Phương pháp thử hoạt tính kháng oxy hóa

Hoạt tính chống oxy hóa được xác định dựa vào khả năng khử gốc tự do 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH). Hoạt tính chống oxy hóa được đánh giá thông qua giá trị hấp thụ ánh sáng của dịch thí nghiệm so với đối chứng được đo ở bước sóng 517nm [8]. Các mẫu có biểu hiện hoạt tính (IC ≥ 50%) sẽ được thử nghiệm để tìm giá trị IC50.

2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu

Các thí nghiệm được lặp lại 3 lần, kết quả được xử lý với phần mềm Microsoft Excel 2013, sự khác biệt và chọn các thông số phù hợp dựa trên kết quả phân tích của phần mềm IBM SPSS Statistics 20. Kết quả được trình bày dưới dạng giá trị trung bình ± sai số.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trích ly có hỗ trợ vi sóng

Ảnh hưởng của các yếu tố lên tỉ lệ dung môi so với nguyên liệu, công suất và thời gian vi sóng được trình bày ở Hình 1, Hình 2, Hình 3. Kết quả ở Hình 1 chỉ ra rằng hàm lượng flavonoid tăng khi tăng tỉ lệ dung môi. Tuy nhiên, tỉ lệ dung môi nguyên liệu/dung môi 1/40; 1/50; 1/60 (w/v) cho kết quả hàm lượng flavonoiod không có sự khác biệt đáng kể với tỉ lệ 1/30 (w/v). Do đó, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/30 (w/v) là phù hợp và được sử dụng cho các thí nghiệm sau. Mặc dù chiết xuất với tỉ lệ dung môi/nguyên liệu cao hơn có thể trích ly nhiều hơn hợp chất flavonoid, nhưng sẽ tốn nhiều dung môi, năng lượng và thời gian để xử lý dịch trích [9].

Hình 1: Ảnh hưởng của tỉ nguyên liệu/ dung môi đến trích ly flavonoid có hỗ trợ vi sóng

Hình 2: Ảnh hưởng của công suất đến trích  ly flavonoid có hỗ trợ vi sóng

Hình 3: Ảnh hưởng của thời gian vi sóng đến trích ly flavonoid từ rau đắng đất

Nguồn: Nhóm tác giả thực hiện

Ảnh hưởng của công suất vi sóng lên hàm lượng flavonoid tổng và khả năng chống oxy hóa của DPPH được trình bày trong Hình 2. Khi công suất vi sóng tăng từ 150W - 450W, tổng flavonoid và khả năng chống oxy hóa tăng. Khi công suất vi sóng đạt 600W tổng hàm lượng flavonoid giảm và khả năng chống oxy hóa DPPH giảm. Công suất vi sóng có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu ứng nhiệt cho quá trình chiết xuất. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Su và cộng sự [10]. Cụ thể, công suất vi sóng cao dẫn đến nhiệt độ cao, làm phân hủy flavonoid. Do đó, công suất vi sóng 450W được chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp theo.

Hình 3 cho thấy ảnh hưởng của thời gian lên hàm lượng flavonoid trong quá trình trích ly. Thời gian vi sóng thay đổi từ 20 giây đến 100 giây. Hệ số cố định ở công suất vi sóng 450 W, tỉ lệ nguyên liệu/dung môi 1/30 (w/v). Kết quả cho thấy, flavonoid tổng cao nhất tại thời gian trích ly là 40 giây hàm lượng đạt 81.21 mgQE/g ck. Khi thời gian chiết là 60 giây, hàm lượng flavonoid giảm xuống còn 70.67 mgQE/g ck. Điều này có thể giải thích bởi thực tế khi thời gian chiết vượt quá giới hạn nhất định, một số flavonoid bị phân hủy, làm giảm hàm lượng. Quy luật này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Y. Qun và cộng sự [11] trong nghiên cứu về chiết xuất polyphenol và flavonoid được hỗ trợ vi sóng từ Clinacanthus nutans. Từ kết quả nghiên cứu đã xác định được điều kiện thích hợp để trích ly flavonoid có hỗ trợ vi sóng. Mẫu nguyên liệu được trích ly với tỷ lệ nguyên liệu/dung môi 1/30 (g/mL), công suất vi sóng là 450 W, thời gian xử lý vi sóng là 40 giây. Hàm lượng tổng flavonoid của rau đắng đất là nguồn tiềm năng cho một nhóm các chất có hoạt tính sinh học mạnh. Chiết xuất với sự hỗ trợ của vi sóng trong nghiên cứu của Wang và cộng sự đã chứng minh hiệu quả hơn so với các kỹ thuật chiết truyền thống. Cụ thể, trong quá trình chiết, phương pháp chiết bằng lò vi sóng khi so sánh với phương pháp hồi lưu nóng, đòi hỏi thời gian chiết thấp hơn 8 lần và đồng thời cho tổng hàm lượng flavonoid cao hơn [12]. Trong nghiên cứu khác của Hemwimon và cộng sự, chiết xuất vi sóng anthraquinone từ Morinda citrifolia cho hiệu suất tốt hơn so với chiết xuất có hỗ trợ siêu âm [13]. Do đó, về mặt tổng hàm lượng flavonoid được hỗ trợ bằng lò vi sóng được đề xuất là hiệu quả hơn một số phương pháp khác.

3.3. Đánh giá khả năng bắt gốc tự do DPPH của dịch chiết

Hình 4, 5 thể hiện tương quan tuyến tính giữa nồng độ mẫu thử và giá trị % bắt gốc tự do DPPH nội suy được giá trị IC50 ức chế DPPH của mẫu dịch trích.

Từ kết quả cho thấy, giá trị IC₅₀ của mẫu dịch trích rau đắng đất sau tối ưu là 190.3 μg/mL. Kết quả này tương tự với kết quả của Nazia Hoque và cộng sự trong nghiên cứu xác định các hoạt tính sinh học của rau đắng đất. Đồng thời kết quả này cao hơn so với một số thảo dược, như theo kết quả điều tra khả năng ức chế tăng trưởng của một số cây thuốc từ Iran của Maryam E. và cộng sự [14] đã cho thấy giá trị IC₅₀ của các loại cây Thymus vulgaris, Glycyrrihza glabra, Satureja hortensis tương ứng là 200 μg/ml, 182 μg/mL, 200 μg/ml. Tuy nhiên, kết quả của mẫu tối ưu vẫn thấp hơn so với vitamin C (IC₅₀ = 22.55 μg/mL) 8.44 lần.

4. Kết luận

Trong nghiên cứu này, kết quả đã tìm được điều kiện của công suất và thời gian trong việc chiết xuất tổng flavonoid từ rau đắng đất có hỗ trợ vi sóng. Lượng flavonoid tổng (mgQE/gck) và khả năng kháng oxy hóa bằng phương pháp DPPH (IC 50) của dịch chiết cũng được xác định. Các kết quả thích hợp bao gồm công suất (450 W), thời gian vi sóng là 40 giây. Sử dụng các điều kiện này mang lại giá trị TFC là 81.21 mgQE/gck và IC₅₀ = 190.3 μg/mL.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Dutta, M. Ghosal, P. Chakrabarty, and P. Mandal (2012). Anthelmintic and free-radical scavenging potential of various fractions obtained from foliar parts of Glinus oppositifolius (Linn.) DC. International Journal of Pharmaceutics, 4 (4), 233-239.
2. Hoque et al. (2011). Antioxidant and antihyperglycemic activities of methanolic extract of Glinus oppositifolius leaves. Journal of Applied Pharmaceutical Science, 1 (7), 5.
3. D. Le et al. (2019). Optimization of Microwave-Assisted Extraction of Total Phenolic and Total Flavonoid Contents from Fruits of Docynia indica (Wall.) Decne. Using Response Surface Methodology. Processes, 7(8), 485.
4. J. R. Martin-Puzon and W. L. Rivera (2015). Free-radical scavenging activity and bioactive secondary metabolites from various extracts of Glinus oppositifolius (L.) Aug. DC.(Molluginaceae) roots, stems and leaves. Asian Pacific Journal of Tropical Disease, 5 (9), 711-715.
5. Shin, R. H. Liu, J. F. Nock, D. Holliday, and C. B. Watkins (2007). Temperature and relative humidity effects on quality, total ascorbic acid, phenolics and flavonoid concentrations, and antioxidant activity of strawberry. Postharvest Biology and Technology, 45 (3), 349-357.
6. Mandal, Y. Mohan, and S. Hemalatha (2007). Microwave assisted extraction - an innovative and promising extraction tool for medicinal plant research. Pharmacognosy Reviews, 1 (1), 7-18.
7. Jia, M. Tang, and J. Wu (1999). The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chemistry, 64 (4), 555-559.
8. Y. FU, D. E. SHIEH, and C. T. HO (2002). Antioxidant and free radical scavenging activities of edible mushrooms. Journal of Food Lipids, 9 (1), 35-43.
9. Pan, H. Liu, G. Jia, and Y. Y. Shu (2000). Microwave - assisted extraction of glycyrrhizic acid from licorice root. Biochemical Engineering Journal, 5 (3), 173-177.
10. Su, M. Zhang, B. Bhandari, and W. Zhang (2018). Enhancement of water removing and the quality of fried purple-fleshed sweet potato in the vacuum frying by combined power ultrasound and microwave technology. Ultrasonics sonochemistry, 44, 368-379.
11. Qun, L. Chuan, D. Zhenhua, L. Bing, D. Weiwen, and S. Feifei (2017). Ultrasonic microwave-assisted extraction of polyphenols, flavonoids, triterpenoids, and vitamin C from Clinacanthus nutans. Czech Journal of Food Sciences, 35 (1), 89-94.
12. Wang, F. Chen, J. Wu, Z. Wang, X. Liao, and X. Hu (2007). Optimization of pectin extraction assisted by microwave from apple pomace using response surface methodology. Journal of Food Engineering, 78 (2), 693-700.
13. Hemwimon, P. Pavasant, and A. Shotipruk (2007). Microwave - Assisted extraction of antioxidative anthraquinones from roots of Morinda citrifolia. Separation and Purification Technology, 54 (1), 44-50.
14. Esmaeilbeig, S. A. Kouhpayeh, and Z. Amirghofran (2015). An investigation of the growth inhibitory capacity of several medicinal plants from Iran on tumor cell lines. Iranian Journal of Cancer Prevention, 8 (5).